CN202472096U - 双远心连续变焦成像装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种双远心连续变焦成像装置，包括准直物镜组将该干涉图形的平行光转换为收敛光，并经光学路径调整功能手段导引至一成像通道上，利用远心成像模块将成像通道上的干涉图形转换为平行光轴的一远心成像。再由远心连续变焦模块调整远心成像的放大倍率，并输出一物影像，最后将物影像成像于电耦合元件上；借此改善常知测量***的影像放大率会因待测物距离的远近而改变，进而容易产生光学畸变及解像力变差等问题。
Description
技术领域
本实用新型是有关一种双远心连续变焦成像装置，特别是指一种利用双段远心成像方式来改善光学畸变的问题，以及提高较长的物距测量功效。
背景技术
随着精密量测的发展，利用光学测量微小、精密元件的技术，同时具备高敏感性与非破坏性的优点，因此已广泛应用于不同工程应用领域。在此，以一种利用光的干涉现象作为测量光学元件或其他物理量的干涉***为例说明，干涉***有许多种，但其原理都极为相似，以工业界普遍采用的斐佐式(Fizau)干涉仪为例，干涉条纹成像***是利用两平面的反射光互相干涉产生干涉图形后，经准直物镜组将干涉图形反射至一调焦镜片，由调焦镜片根据待测物的距离对应调整后，最后传送至摄影机而读取到干涉条纹。然而，干涉条纹品质的优劣系取决于成像***，当待测物距离改变时，成像***的放大倍率、畸变与解析度会有所改变，如此即限制了测量上的条件。
再者，现有干涉仪成像***是把干涉条纹影像成像于一旋转扩散器上，再把旋转扩散器上的像当成调焦镜片的物影像，成像于后者摄影机焦平面上，目的是解决因干涉仪光路中产生的杂讯问题。但是旋转扩散器的加入也衍生了许多问题，例如，使得干涉条纹非直接成像于CCD上而增加影像的杂讯，此包含了扩散器本身的穿透率，调变转换函数MTF下降；且由于影像在旋转扩散器上是一个类似朗伯表面(Labertian surface)的图像因此在后面的调焦镜片成像于CCD上时，容易产生晕影(Vignetting)的现象，这将导致干涉影像的边缘与中心亮度差异极大，造成影像判别困难，若要改善此一缺点则必须设计极为高级的调焦镜片，增加成本且不实用。
有鉴于此，本实用新型遂针对上述现有技术的缺失，提出一种双远心连续变焦成像装置，以有效克服上述的问题。
发明内容
本实用新型的主要目的在提供一种双远心连续变焦成像装置，其使用双段远心镜头可使主光线在物体侧和成像侧皆为平行光轴，最大视场和成像端影像都是固定的，解决了一般镜头放大率会受到待测物距离的影响的问题。
本实用新型的另一目的在提供一种双远心连续变焦成像装置，其利用双段远心镜头成像方式，有较长的景深、有利于非平面物件的测量，能维持干涉条纹清晰度，且不受待测物表面高低差的影响，进而得到高品质的功效。
本实用新型的再一目的在提供一种双远心连续变焦成像装置，其可单独作为定倍率***使用，也可作为双段远心光学成像***使用，可以模块化设计以提升***的使用弹性。
本实用新型的又一目的在提供一种双远心连续变焦成像装置，其可广泛应用于干涉仪仪器装置、利用干涉原理所产生的相关测量仪器装置、相关干涉条纹成像装置以及一般成像装置等连续变焦成像装置。
为达上述目的，本实用新型提供一种双远心连续变焦成像装置，包括一准直物镜组、一远心成像模块、一远心连续变焦模块及一电耦合元件。首先产生投射光线的投光装置输出一雷射光束，并射入准直物镜组中，经过反射、调光后产生一干涉图形的平行光，将其转换为收敛光，再将其引导至一成像通道上。远心成像模块将成像通道上的干涉图形转换为一远心成像，以解决待测物的景深和焦深对焦影响了干涉条纹影像的问题；可使用远心连续变焦模块调整远心成像的放大倍率，并输出一物影像，最后将物影像直接成像于电耦合元件上，并转换成电子信号。
所述的双远心连续变焦成像装置，其中，该准直物镜组包括两平面、一准直装置及一偏振分光棱镜组，该两平面将反射光互相干涉以产生一待测物的该干涉图形，由该准直装置将该干涉图形的平行光转换为收敛光，再由该偏振分光棱镜组引导该干涉图形至该成像通道上。
所述的双远心连续变焦成像装置，其中，该两平面产生的该干涉图形是由一测试平面的反射光与一参考平面的反射光互相干涉所形成。
所述的双远心连续变焦成像装置，其中，该两平面的反射光是由一干涉仪的投光装置所提供。
所述的双远心连续变焦成像装置，其中，更包括一衰减片位于该投光装置的光学路径上。
所述的双远心连续变焦成像装置，其中，该投光装置与该偏振分光棱镜组之间的光学路径上更包括多个反射镜及一反射块。
所述的双远心连续变焦成像装置，其中，该远心成像模块与该远心连续变焦模块之间的光学路径上更包括至少一反射镜，该反射镜将平行光轴的该远心成像反射至该远心连续变焦模块。
所述的双远心连续变焦成像装置，其中，该远心成像模块调整该干涉图形为衡定放大率的该远心成像。
所述的双远心连续变焦成像装置，其中，该远心连续变焦模块调整至少两调焦镜片之间的距离而放大该物影像，其放大倍率连续变倍介于1倍(1X)至6倍(6X)之间。
所述的双远心连续变焦成像装置，其中，该远心成像模块为继光镜组。
与现有技术相比较，本实用新型有以下优点：
(1)干涉条纹影像的放大倍率可以维持一致，不会受到待测物距离改变而受影响。
(2)使用双远心成像的设计方式，具有较佳的光学解像力，且可容许物距改变范围大于4米，且放大倍率的连续变倍能介于1倍至6倍之间，不论是物距改变或连续变倍，皆可维持极低的光学畸变(Distortion)，进而改善常知因物距越远，使得光学畸变越严重的问题。
(3)适用于较厚深的待测物，使测量条件更有弹性。
(4)当待测物因距离改变而需要调整聚焦时，***放大率仍能维持一致，同时保持干涉条纹影像的亮度，使成像范围能固定而提高光学品质。
(5)为模块化设计，故新颖装置设计可增加本实用新型的使用弹性及提升产业的竞争力。
借由上述诸多优点，确实能大幅提升光学测量的精准度及实用性，极具产业竞争优势。下面借由具体实施例详加说明，当更容易了解本实用新型的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。
附图说明
图1为本实用新型的双段式远心光学成像示意图；
图2为本实用新型调整物影像的放大倍率示意图；
图3本实用新型应用于干涉仪的结构示意图。
附图标记说明：10-准直物镜组；12-远心成像模块；14-远心连续变焦模块；142-调焦镜片；144-调焦镜片；16-电耦合元件；18-平面；182-参考平面；184-测试平面；20-准直装置；22-偏振分光棱镜组；24-反射块；26-雷射装置；28-反射镜；30-衰减片；32-反射镜；34-杆式反射镜；36-主反射镜；38-平面反射镜。
具体实施方式
如图1所示，为本实用新型的双段式远心光学成像示意图。双远心连续变焦成像装置包括一准直物镜组10、一远心成像模块12、一远心连续变焦模块14及一电耦合元件16。准直物镜组10接收一待测物的干涉图形的平行光，并转换为干涉图形的收敛光，再将其引导至一成像通道上。远心成像模块12将成像通道上的干涉图形转换为平行光轴的一远心成像，此远心成像模块主要是调整干涉图形为衡定放大率的远心成像，也就是说，本实用新型可结合准直物镜组10及远心成像模块，单独作为定倍率***使用，使得干涉条纹影像放大倍率可以维持一致，不会因待测物的距离改变而受影响，如图中的放大图所示，为远心成像位置。其中远心成像模块12由三个继光镜组所组成。
当然，本实用新型再使用远心连续变焦模块14来配合远心成像模块12，加以改善常知光学畸变的诟病，作为双段式远心光学成像***使用。详言之，若因待测物距离改变而需要调整聚焦时，可使用远心连续变焦模块14调整远心成像的放大倍率，并输出一物影像，最后将物影像直接成像于电耦合元件16(chargecoupled device，CCD)上，并转换成电子信号。
其中，为能进一步了解本实用新型的双远心连续调焦方式，请同时配合图2，为本实用新型调整物影像的放大倍率示意图。远心连续变焦模块14连续变倍介于1倍(1X)至6倍(6X)之间，用以调整成像通道上的干涉光的放大倍率并输出一物影像；举例来说，远心连续变焦模块14包含四调焦镜片(zoom lens)，主要是调整其中两个调焦镜片142、144，可凭调整该两调焦镜片142、144的间距而放大或缩小物影像，由图中物侧与成像侧的位置看出，当两调焦镜片142、144间的距离调整的越近，相对地物影像的放大倍率越大。由于远心连续变焦模块14直接置于一电耦合元件16的焦平面，故可将物影像直接成像于电耦合元件16上，并转换成电子信号。
由此上述可得知，本实用新型设计的新颖双远心连续变焦成像装置，其可广泛应用于干涉仪仪器装置、利用干涉原理所产生的相关测量仪器装置、相关干涉条纹成像装置以及一般成像装置等连续变焦成像装置。
为进一步了解本实用新型的实际应用方式，在此以应用于干涉仪仪器装置为例说明，请同时参阅图1及图3，图3为本实用新型应用于干涉仪的结构示意图。干涉仪(interferometer)通常可分为两大部分，一是用以产生投射光线的投光装置，另一则是干涉条纹成像装置，本实用新型在针对成像装置的部份予以改良，也就是应用本实用新型创新的光学性能架构，使其影像放大倍率可以维持一致，不会受到待测物距离改变时的影响，进而大幅降低光学畸变的问题，但为了清楚了解本实用新型的作用，故将详述整个干涉仪的结构与动作。
其中，准直物镜组10包括两平面18、一准直装置20及一偏振分光棱镜组22。首先，本实用新型的干涉仪更包括一投光装置，投光装置与偏振分光棱镜组22之间的光学路径上更包括多个反射镜及一反射块24。其中投光装置可为雷射装置26，输出一氦氖雷射光束，其经内建的空间滤波器(图中未示)扩大雷射光束并达到滤波效果后，依序由反射块24及对应反射块24的具有倾角的反射镜28反射至一衰减片(attenuator)30上，此衰减片30位于投光装置的光学路径上，主要是使雷射光束的振幅减少，且其相位及频率皆不失真，进而达到调光作用。
经衰减片30进行调光后，再透过具有倾角的反射镜32反射至一包含有1/4波片的偏振分光棱镜组(polarizing beam splitter，PBS)22，并穿透该偏振分光棱镜组22，穿透的偏振光依序经由一杆式反射镜(rod mirror)34与一主反射镜(primary mirror)36调整方向的反射后，即可将光线射入准直装置20中。准直装置20通常由准直镜片(collimation lens)所组成，进而使光线进入两平面18之间，其中两平面包含参考平面(reference plane)182及测试平面(test plane)184。
接下来说明如何达成双远心光学成像，当光线进入两平面18之间后，参考平面182的反射光与测试平面184的反射光互相干涉产生一待测物的干涉图形，由准直装置20将干涉图形的平行光转换为具有干涉条纹的收敛光。之后利用主反射镜36和杆式反射镜34所形成的光学路径调整功能手段导引干涉条纹从准直装置20至偏振分光棱镜组22，偏振分光棱镜组22反射干涉条纹，将其引导至成像通道上。偏振分光棱镜组22与远心成像模块12的光学路径上更设有一平面反射镜38，且位于成像通道上；借由平面反射镜38将干涉条纹的收敛光引导至远心成像模块12内，并经远心成像模块12将成像通道上的干涉图形转换为平行光轴的一远心成像，故利用远心成像模块14来调整干涉图形为衡定放大率的远心成像，使得干涉条纹影像放大倍率可以维持一致，不会因待测物的距离改变而受影响。
接下来，使用远心连续变焦模块14来配合远心成像模块12，若因待测物大小变化或测量较小的面积范围时，可利用远心连续变焦模块14来调整远心成像的放大倍率，并输出一物影像，最后将物影像直接成像于电耦合元件16上，并转换成电子信号。如此一来，本实用新型确实能改善光学性能，其光学调整功能手段将远心光学成像分成两段部分，由准直物镜组与远心成像模块的部分作为前段定焦成像***，使进入成像侧的主光线(Chief Ray)设定为与光轴平行；而远心连续变焦模块作为后段连续变焦成像***，使物侧的主光线与光轴平行，如此设计条件下，远心成像模块与远心连续变焦模块可以直接串接，如此即可组成双远心干涉仪连续变焦成像装置。当然，双远心连续变焦成像装置除了应用于干涉仪装置上之外，只要使用双远心成像方式来改善光学性能的任何连续变焦成像装置，即属于本专利的范畴。
综上所述，此本实用新型的新颖设计有以下优点：
(1)干涉条纹影像的放大倍率可以维持一致，不会受到待测物距离改变而受影响。
(2)使用双远心成像的设计方式，具有较佳的光学解像力，且可容许物距改变范围大于4米，且放大倍率的连续变倍能介于1倍至6倍之间，不论是物距改变或连续变倍，皆可维持极低的光学畸变(Distortion)，进而改善常知因物距越远，使得光学畸变越严重的问题。
(3)适用于较厚深的待侧物，使测量条件更有弹性。
(4)当待测物因距离改变而需要调整聚焦时，***放大率仍能维持一致，同时保持干涉条纹影像的亮度，使成像范围能固定而提高光学品质。
(5)为模组化设计，故新颖装置设计可增加本实用新型的使用弹性及提升产业的竞争力。
借由上述诸多优点，确实能大幅提升光学测量的精准度及实用性，极具产业竞争优势。
唯以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围。故即凡依本实用新型申请范围所述的特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本实用新型的权利要求书内。
Claims (10)
1.一种双远心连续变焦成像装置，其特征在于，包括：
一准直物镜组，将一干涉图形的平行光转换为收敛光，并将其引导至一成像通道上；
一远心成像模块，将该成像通道上的该干涉图形转换为一远心成像；
一远心连续变焦模块，调整该远心成像的放大倍率，并输出一物影像；及
一电耦合元件，将该物影像成像于其上，并转换成电子信号。
2.根据权利要求1所述的双远心连续变焦成像装置，其特征在于，该准直物镜组包括两平面、一准直装置及一偏振分光棱镜组，该两平面将反射光互相干涉以产生一待测物的该干涉图形，由该准直装置将该干涉图形的平行光转换为收敛光，再由该偏振分光棱镜组引导该干涉图形至该成像通道上。
3.根据权利要求2所述的双远心连续变焦成像装置，其特征在于，该两平面产生的该干涉图形是由一测试平面的反射光与一参考平面的反射光互相干涉所形成。
4.根据权利要求2所述的双远心连续变焦成像装置，其特征在于，该两平面的反射光是由一干涉仪的投光装置所提供。
5.根据权利要求4所述的双远心连续变焦成像装置，其特征在于，更包括一衰减片位于该投光装置的光学路径上。
6.根据权利要求4所述的双远心连续变焦成像装置，其特征在于，该投光装置与该偏振分光棱镜组之间的光学路径上更包括多个反射镜及一反射块。
7.根据权利要求1所述的双远心连续变焦成像装置，其特征在于，该远心成像模块与该远心连续变焦模块之间的光学路径上更包括至少一反射镜，该反射镜将平行光轴的该远心成像反射至该远心连续变焦模块。
8.根据权利要求1所述的双远心连续变焦成像装置，其特征在于，该远心成像模块调整该干涉图形为衡定放大率的该远心成像。
9.根据权利要求1所述的双远心连续变焦成像装置，其特征在于，该远心连续变焦模块调整至少两调焦镜片之间的距离而放大该物影像，其放大倍率连续变倍介于1倍至6倍之间。
10.根据权利要求1所述的双远心连续变焦成像装置，其特征在于，该远心成像模块为继光镜组。
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